1、北京地鐵王府井東單區間折返線及渡線施工方案研究與實施陳西霞邢玲艷(鐵道部第十六工程局)【提要】結合地鐵王府井東單區間隧道工程折返線及渡線段工程施工實例,對淺埋暗挖洞群施工技術方案進行研究、剖析。【關鍵詞】淺埋暗挖折返線渡線施工方案研究1工程概況北京地鐵王府井東單區間隧道工程位于地面車水馬龍、地下管網密布的東長安街下,隧道全長518 m,共有10種不同斷面型式,各種斷面交錯分布,頻繁變化,其中最大斷面開挖尺寸為1412 m101678 m(寬高),隧道斷面最高達1517 m。本區間設有折返段,包含兩條渡線、一條預留線、兩個施工通道及兩端迂回通道、隔斷門等(如圖1)。圖1王府井東單區間折返線平面圖
2、區間所處地層為永定河沖洪積扇脊部的中下部,屬第四紀地層。表層為瀝青混凝土路面及人工雜填土,往下依次為輕亞粘土層、中細砂層、礫層、亞粘土層、中砂層、粘土層,洞體通過的地層主要為粘性土、砂類土和礫石沉積互層,地層自穩能力差,加之地處交通要道,地面動荷載引的震動大,易坍塌。本地段地下水位較高,自地表向下依次蘊藏著上層滯水、潛水、承壓水。上層滯水水位及水量受季節性降水及地下給排水管道滲漏水等影響,變化很大;潛水水位埋深12141612 m,滲透系數為100120 m?d;承壓水水位埋深2鐵道建筑1999年第2期 1995-2003 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,
3、Ltd.All rights reserved.15172014 m,滲水系數為150180 m?d。在隧道的開挖、支護中,由于上半部潛水及下半部承壓水的存在,洞內極易產生流砂現象,底部有可能產生突涌或隆起。為使施工達到無水作業條件,本區段選用深井大井點及自滲井相結合的區域性降水,同時對滯水層采用大口井無砂管接力抽排水的方法在隧洞內進行降水。根據各種不同斷面型式特點及所處地質條件,本著“穩妥可靠、安全優質”的原則,對淺埋暗挖各種施工方法進行了反復比選、研究,從而擬定了適應不同斷面型式、不同地質特點的施工方案。2問題的提出本區間東西兩條渡線斜貫南北正線,結構受力轉換十分復雜,在渡線與區間正線匯合
4、為一洞室處,結構跨度達1412 m(7-7斷面),如此大斷面分塊開挖,將多次擾動原狀土體,使得地面沉降量難以控制,加之本區間折返線斷面由小到大、由大到小頻繁變化,給設計和施工帶來極大難度。因此,對本段工程的施工方案需作深入的研究、分析。3方案的研究鑒于本工程所處的特殊地理位置,我們確定了選用施工方案的基本原則,即施工中確保地面環境穩定,地中管網正常運營,由開挖支護引起的地面最大沉降值不超過30 mm;具有可連續性,能兼顧前后斷面結構的型式變化及工法轉換;可操作性強,施工方法既要有先進性,同時也應充分考慮我國現階段在工程技術方面的國情;工期短,造價低。311超前支護方案的研究由于本區間隧道處于軟
5、弱地層中,土體開挖后地層不穩定或穩定時間極短,支護結構初表1超前支護方案比選超前支護類型錨桿小導管注漿大管棚注漿大管棚與小導管注漿綜合運用適用地層及斷面拱頂為粘土層,斷面跨度小于8.5 m拱頂為砂土層,斷面跨度較大拱頂為砂土層或粘土層,斷面跨度大于815 m特點11構件長度短,作為超前支護無法傳遞土壓荷載,沉降量大;21支護構件剛度小,承載能力低,受載撓度大;31支護作用長度不夠,對掌子面土體滑移的約束力小;41無需大型機具設備,具有靈活機動、易于施工的優點。11作為超前支護,管棚長度較長、剛度大,承載能力高,受載撓度小,可減小地面沉降量;21鉆孔機具需要有足夠的作業空間;31循環作業時間較長
6、,影響工期。表2開挖支護施工方案比較開挖支護方案臺階法中隔壁法“眼鏡”法中洞法側洞法主要特點拱腳應力大,接觸面小,拱部易坍塌。斷面分割,可有效控制沉降量。利用側壁導坑先行,開挖時間短。工序多,拆除量大。開挖量大,拆除量少,工序少。適用斷面小較大大大較大沉降量大小小較小較大工期短較長長較長較短造價低較高高較高較低3鐵道建筑1999年第2期 1995-2003 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.期承受壓力大,變形快,如果控制不當,地層很快松弛,所以施工中必須選用適當的輔助措施對隧道周圍地層進行超前支護或預加固,將掌
7、子面前方土層因開挖釋放的能量傳至后部穩定土體中,以達到控制地面沉降,防止坍塌的目的。表1對工程待選的幾種超前支護方案的特點、適用的地質條件及斷面形式進行了對比分析。312開挖支護方案的研究地下淺埋暗挖工程開挖支護施工方法主要有臺階法、中隔壁法、“眼鏡”法、中洞法和側洞法,不同的施工方法具有不同的特點。為便于分析,現就上述各主要施工方法的特點、適用條件、沉降量控制效果、工期、造價等方面作一比較,見表2。4工程的實施411超前支護的施工通過對幾種超前支護方案的比選,結合本區間所處地質條件,工程除在施工通道進入正線開口處采用大管棚超前支護外,其它地段均選擇以小導管注漿作為主要超前支護手段。小導管注漿
8、支護參數如下:圖2小導管注漿示意圖小導管:42 mm鋼管,L=215315 m,外插角1316,環 向 間 距=2533 cm,搭接115 m。漿液:水玻璃單液漿,11Be硫酸18Be水玻璃=11181212,pH值=311315。注漿區域:開挖輪廓線以外115 m范圍內。注漿壓力:013015M Pa。412區間折返線開挖支護的施工根據區間折返線斷面類型、地面沉降控制分析以及工期、造價比較,同時兼顧前后斷面施工的銜接,施工確定了如表3所列開挖支護方法。413渡線段施工本區間隧道有兩個渡線段,即B209+69B210+06(如圖1)和B206+21B206+64。其中包括了1-1、3-3、8-
9、8、7-7、6-6五種斷面型式,結構尺寸相差甚大。圖3渡線段主要施工程序4鐵道建筑1999年第2期 1995-2003 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.以東側渡線段交叉口施工為例(見圖3),從圖中可以看出,渡線段跨度很大,南北正線通過交叉口8-8斷面相連通,橫貫長安街地下,由采用正臺階法施工的兩個小斷面(1-1、3-3)進入采用“眼鏡”法施工的大斷面(7-7),受力相當復雜,交叉口三角狀土體最薄處僅為115 m,需承受來自兩個洞室的土壓力,結構的穩定難以保證,因此施工中必須采取加強支護措施以及合理的施工工序。
10、表3開挖方法的施工程序及斷面分塊開挖支護方法斷面形式開挖尺寸(mm)施工程序及其示意圖正臺階法1-15176112-251861123-361361228-86106116環狀開挖1部土體;架格柵掛網、安置縱向連接筋,噴混凝土;拱頂設超前小導管或鋼筋,拱腳設置錨桿或錨管,并注漿固結地層;開挖2部土體,上、下臺階相距610 m,開挖3部土體,架格柵、掛網、噴混凝土;開挖4部土體,架仰拱格柵,噴混凝土,初期支護封閉成環,拱背注漿。中隔壁法4-48197111環形開挖1部土體,開挖進尺不超過1 m;架格柵掛網、安置縱向連接筋,噴混凝土;打超前小導管或錨桿,注漿固結地層;相錯2 m開挖支護2部土體;與
11、1部相錯4 m開挖支護3部土體,架格柵掛網、噴混凝土,待邊墻開挖封閉兩榀即架設3部仰拱格柵、噴錨、封閉;與3部相錯4 m開挖支護4部土體,架格柵掛網、噴混凝土、封閉;拱背注漿,拆除臨時中隔壁和臨時橫撐,進入下道工序。眼鏡法6-612129106-6A12129137-7141210177-7A14121111“眼鏡”寬4.4 m,高715 m,分上下兩部開挖。環狀開挖1部土體,開挖進尺不超過1 m;架格柵掛網、安置縱向連接筋;打超前小導管和錨桿,注漿固結地層,噴混凝土;相錯4 m隨即開挖2部土體,架格柵掛網、噴混凝土;架2部仰拱格柵,噴錨、封閉;與1部相錯4 m開挖支護另一眼鏡3、4部;兩眼鏡
12、開挖封閉10 m,以正臺階法開挖支護中部土體5部,架格柵掛網、噴混凝土,打超前小導管和錨桿,拱部格柵與兩眼鏡格柵焊接牢固,6部仰拱與兩側眼鏡仰拱相焊接;噴混凝土,拱背注漿,完成整個洞體的封閉。中洞法5-511136155先做中洞,而后作兩側邊洞。中洞寬4 m,高4 m,采用臺階法施工,待中洞與側洞相距10 m,即按臺階工法的開挖支護程序分先后相錯5 m開挖支護兩側邊洞。拱背注漿,完成洞體封閉。5鐵道建筑1999年第2期 1995-2003 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.(1)加強支護措施增設護墻小導管注漿,
13、提高交叉口處土體的自穩能力:開挖支護3-3、1-1、8-8斷面隧道時,在交叉口10 m范圍內垂直邊墻打設 42 mm護墻小導管,導管長315 m,間距每m 3根,自上而下呈梅花形布置,內注水泥、水玻璃雙液漿,加固邊墻。適當加密格柵間距,增加初期支護的強度:將交叉口10 m范圍內的1-1、3-3、8-8斷面格柵間距由原設計的1m 1榀改為015 m1榀,小導管由原設計的單根長315 m改為215 m,確保注漿效果。增設縱向連接筋,提高整個結構的剛度:施工渡線段兩個大斷面(7-7)時,縱向連接筋由原設計的每m 1根增加至每m 2根。(2)優化施工工序開挖8-8斷面前,先施作1-1、3-3斷面B20
14、9+69B209+79段二襯,1-1、8-8斷面抬高段拱部用同級混凝土回填,7-7斷面開挖后,立即施作8-8斷面二襯,確保渡線交叉口處結構穩定。渡線段具體施工程序如圖3:南正線1-1斷面施工至渡線B209+76處開始挑高,直至與7-7斷面“眼鏡”齊平,至B209+79處1-1抬高斷面封端,同時架格柵,掛網,噴30 cm厚混凝土,在1-1抬高斷面內開挖支護7-7斷面右“眼鏡”,由7-7斷面“眼鏡”繼續向前施工至6-6斷面“眼鏡”;北正線7-7斷面左“眼鏡”掘進至渡線里程B209+69前面1 m處進行封端,在左“眼鏡”內架雙榀格柵加強支護并套挖3-3斷面。施作北正線3-3斷面及南正線1-1斷面襯砌
15、,待混凝土強度達到75%以上時,開始施工渡線段交叉口8-8斷面,并逐步挑高直至抬到7-7斷面“眼鏡”高度,在8-8抬高斷面內開挖支護7-7斷面左“眼鏡”。7-7斷面核心土體的開挖需要先從兩側“眼鏡”內向中部挖一中槽,再從中槽內向東、西方向展開施工,待7-7斷面開挖支護完后,8-8斷面二襯與南正線開挖支護平行作業,完成渡線交叉口段永久結構的施工。414監控量測的實施為確保此段隧道施工時結構安全穩定,及時了解結構受力狀況及周圍土體在不同工作狀態下的力學動態和收斂狀況,在施工中對地表下沉、拱頂下沉、鋼筋應力、凈空收斂均進行了嚴密監測,并對監測結果作了動態分析。量測結果顯示:地表最大沉降量23 mm,
16、收斂值3 mm,拱頂下沉值20 mm,均在允許范圍內。5結束語地鐵“王東”區間折返段,包含十種不同結構斷面型式,斷面交錯變化幾十處,施工方法集臺階法、中隔壁法、眼鏡法、中洞法之大成,成為暗挖工法的“博物館”。在施工方案的選擇和實施方面,既考慮了保證結構的安全、地面環境的穩定,同時又兼顧了前后不同斷面的型式和工法的巧妙過渡,工期和施工質量得到有效保障。改回日期:1998-11-26(責任審編邵根大)審慎確定隧道巖石類別巖石類別直接在隧道掌子面上確定。承包者提出關于巖石類別的建議,必須得到業主代表的同意。建議必須是建立在經過審定的細部設計的基礎上,并且必須考慮下列三個準則:(1)設計和施工的靜力計算必須由數值分析、參數研究和審慎評估三部分組成;(2)土工記錄由現場調查、掌子面地質描述和參數的確定及其推斷所組成;(3)監控量測包括變形監測、應力和應變監測,以及地下水位監測。這些方法的任何輸出結果,必須由負責人進行分析和解釋,同時把他們的經驗也考慮進去。確定巖石類別是對整個隧道斷面而言的,并在分步開挖中基本上不變化。(路石供稿)6鐵道建筑1999年第2期 1995-2003 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.
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